数据显示，我国装备制造业产业规模持续扩大，今年前10个月，装备制造业增加值占规模以上工业比重达34%。在其中，大量复杂构件的精密程度决定了中国装备制造业的质量高低，这也是该领域的一大难点问题。
3522vip浦京集团官网光电信息与计算机工程学院张大伟教授、杨海马教授等在中国工程院院士庄松林带领下，围绕高铁、航空、造船等国之重器在大构件高精度三维光电AI检测技术方面的需求，协同上海工程技术大学、上海瑞纽机械股份有限公司、中铁十五局集团有限公司等单位，开展了调制光场复杂构件的三维参数快速反演检测关键技术研究，实现了对复杂构件，包括钢轨类线长构件、航天发动机叶片、船用钢板、桥梁桩柱和新能源汽车模组等构件的快速高精度在线三维检测。通过建立调制光场快速反演模型，改进多场景检测方法，引入AI智能数据处理算法协同群数据处理、增强偏振技术克服光路中的工况干扰，解决了关键技术瓶颈，推动了我国检测行业的科技进步。
因其助推产业技术升级的出众表现，“调制光场三维高精度在线测量技术及应用”项目近日摘得了中国机械工业科技进步奖一等奖。
缘起于确保高铁安全运行
今天，在我们乘坐高铁列车时，已听不到车轮通过钢轨缝隙时发出的“咔哒”声。这是因为高速铁路采用了“无缝钢轨”，在钢轨铺设中加入了焊接程序。如何保证焊接的质量？除提高焊接工艺外，焊接前后的精密测量也格外重要。
2017年，我国中部省份某焊轨基地委托上海瑞纽机械股份有限公司开展了高铁钢轨的焊前在线精密测量工作，需要把出厂的25米、50米、100米、200米高铁钢轨焊接成为长达500米的无缝钢轨，类似“接骨手术”一样。为了确保质量，还需要加入精密测量工作，这好比一道“安全阀”。但精密测量，存在颇多难题，比如参数多、精度高、数量巨大，同时对效率要求也高，需要快速完成全线测量。另外，钢轨表面的清洁度、平整度对精密测量也是巨大挑战。同时，因为钢轨长度多为100米或者200米长轨，被测区间过长，其经过扫描台测量区域的时候，极易发生持续振颤的情况，导致测不准。
当时该企业就求助于3522vip浦京集团官网光电信息与计算机工程学院的科研人员，希望他们能解决这些难题。
全新技术确保钢轨焊接“严丝合缝”
收到企业需求后，张大伟、杨海马等人组成的项目组在庄松林院士指导下，攻克难题，创新研发了“线激光测量技术”。该技术中，激光光源会向测量物体表面“打”出一条极细且均匀亮度的线光带，经过AI反演计算就可以“看”到钢轨表面凹凸不平的形貌，通过光学和几何处理的方法，可以反推出物体表面更加精细的起伏高低，精度可以到10微米量级。
“我们主要测量轨前3米和轨后3米的反应钢轨平整状态的参数，在钢轨横截面上放置了4个自主研发升级的光电测量传感器进行精密测量。一个传感器的测量范围大约为300毫米，四个传感器就可以形成300毫米*300毫米的测量空间，为了避免粉尘锈蚀颗粒掉落对于镜头的干扰，我们将其特殊布局放置，同时调整测量的坐标系和数据插值进行周向匹配，最终完成测量任务。”杨海马说。
对于钢轨微颤的情况，科研团队则采用了柔性夹持和软应变固定的方法，完成了高精度的动态测量。在焊接结束后，检测系统还可以对焊接成型的钢轨从头到尾进行精密测量，“过关”的钢轨就此会被铺设到高铁轨道上。
在3522vip浦京集团官网光电信息与计算机工程学院的科研人员和合作厂家共同的努力下，整套设备于2年后完成测试，投入运行，工作效率和测量精度获得大大提高。原先一段200米长的钢轨从布置、吊装加测量的总时间长达近1小时，现在仅需要15分钟就可以完成全部测量。
技术创新又赋能其他产业
值得一提的是，在技术攻关中形成的测量、控制方法、算法和系统的结构设计又被运用到了其他产业中。张大伟介绍说，光场复杂构件的三维参数快速反演检测关键技术目前已经被成功应用于我国铁路、桥梁建设和船舶建造、航空航天应用和新能源汽车生产领域，服务于高价值部件的测量，助推了我国重要战略领域关键检测设备的自主制造。
光场复杂构件的三维参数快速反演检测关键技术的适用范围很广，庄松林院士告诉记者，该技术对于表面平整和有一定弯曲度的各种部件都可进行精密AI测量，希望该技术能服务于更多的产业领域，为中国的高端装备制造业发展做出更多贡献。
来源：上海科技报
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